Kwas fluorowodorowy - Hydrofluoric acid

Kwas fluorowodorowy
Fluorowodór.JPG
fluorowodór-3D-vdW.png
Woda-3D-vdW.png
Jon fluorkowy2.svg
Oxonium-ion-3D-vdW.png
Nazwy
Nazwa IUPAC
Fluoran
Inne nazwy
Kwas
fluorowodorowy Fluorek wodoru
Identyfikatory
Model 3D ( JSmol )
CZEBI
ChemSpider
Numer WE
Identyfikator klienta PubChem
Numer RTECS
UNII
  • InChI=1S/FH/h1H sprawdzaćTak
    Klucz: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N sprawdzaćTak
  • InChI=1/FH/h1H
    Klucz: KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYAC
  • F
  • [F-].[OH3+]
Nieruchomości
HF (aq)
Wygląd zewnętrzny Bezbarwna ciecz
Gęstość 1,15 g/ml (dla 48% roztworu)
Kwasowość (p K a ) 3,17
Zagrożenia
Piktogramy GHS ŻrącyOstra toksyczność
Hasło ostrzegawcze GHS Niebezpieczeństwo
H280 , H300 , H310 , H314 , H318 , H330
P260 , P262 , P264 , P270 , P271 , P280 , P284 , P301+310 , P301+330+331 , P302+350 , P303+361+353 , P304+340 , P305+351+338 , P310 , P320 , P321 , P322 , P330 , P361 , P363 , P403+233 , P405 , P410+403 , P501
NFPA 704 (ognisty diament)
4
0
0
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
sprawdzaćTak zweryfikuj  ( co to jest   ?) sprawdzaćTak☒n
Referencje do infoboksu

Kwas fluorowodorowy jest rozwiązanie z fluorowodoru (HF) w wodzie . Roztwory HF są bezbarwne, kwaśne i silnie żrące . Jest używany do wytwarzania większości związków zawierających fluor; przykłady obejmują powszechnie stosowany farmaceutyczny lek przeciwdepresyjny fluoksetyna (Prozac) i materiał PTFE (Teflon). Produkowany jest z niego pierwiastkowy fluor . Jest powszechnie stosowany do wytrawiania płytek szklanych i krzemowych.

Kontakt kwasu fluorowodorowego z ludzką skórą powoduje głębokie oparzenia.

Zastosowania

Produkcja związków fluoroorganicznych

Głównym zastosowaniem kwasu fluorowodorowego jest chemia fluoroorganicznego . Wiele związków fluoroorganicznych wytwarza się przy użyciu HF jako źródła fluoru, w tym teflonu , fluoropolimerów , fluorowęglowodorów i czynników chłodniczych, takich jak freon . Wiele farmaceutyków zawiera fluor.

Produkcja fluorków nieorganicznych

Większość wielkoobjętościowych nieorganicznych związków fluorkowych wytwarza się z kwasu fluorowodorowego. Przede wszystkim są to Na 3 AlF 6 , kriolit i AlF 3 , trifluorek glinu . Stopiona mieszanina tych ciał stałych służy jako wysokotemperaturowy rozpuszczalnik do produkcji metalicznego aluminium . Inne nieorganiczne fluorki wytworzone z kwasu fluorowodorowego obejmują fluorek sodu i heksafluorek uranu .

Wytrawiacz, środek czyszczący

Zbiorniki do trawienia na mokro

Jest stosowany w przemyśle półprzewodnikowym jako główny składnik Wright Etch i buforowanego wytrawiania tlenkowego , które są używane do czyszczenia płytek krzemowych . W podobny sposób stosuje się go również do wytrawiania szkła przez obróbkę dwutlenkiem krzemu w celu wytworzenia gazowych lub rozpuszczalnych w wodzie fluorków krzemu. Może być również stosowany do polerowania i mrożenia szkła.

SiO 2 + 4 HF → SiF 4 (g) + 2 H 2 O
SiO 2 + 6 HF → H 2 SiF 6 + 2 H 2 O

Żel z 5% do 9% kwasem fluorowodorowym jest również powszechnie stosowany do wytrawiania wszystkich ceramicznych uzupełnień dentystycznych w celu poprawy wiązania. Z podobnych powodów rozcieńczony kwas fluorowodorowy jest składnikiem domowego odplamiacza rdzy, w myjniach samochodowych w związkach „do czyszczenia kół”, w inhibitorach rdzy do ceramiki i tkanin oraz w odplamiaczach wodnych. Ze względu na jego zdolność do rozpuszczania tlenków żelaza oraz zanieczyszczeń na bazie krzemionki kwas fluorowodorowy jest stosowany w kotłach rozruchowych wytwarzających parę pod wysokim ciśnieniem. Kwas fluorowodorowy jest również przydatny do rozpuszczania próbek skał (zwykle sproszkowanych) przed analizą. W podobny sposób kwas ten jest używany w kwaśnych maceracjach do ekstrakcji organicznych skamieniałości ze skał krzemianowych. Skały kopalne można zanurzyć bezpośrednio w kwasie lub zastosować warstwę azotanu celulozy (rozpuszczoną w octanie amylu ), która przylega do składnika organicznego i umożliwia rozpuszczenie skały wokół niego.

Rafinacja ropy naftowej

W standardowym procesie rafinerii ropy naftowej , znanym jako alkilacja , izobutan jest alkilowany alkenami o małej masie cząsteczkowej (głównie mieszaniną propylenu i butylenu ) w obecności katalizatora kwasowego pochodzącego z kwasu fluorowodorowego. Katalizator protonuje alkeny (propylen, butylen) w celu wytworzenia reaktywnych karbokationów , które alkilują izobutan. Reakcję prowadzi się w łagodnych temperaturach (0 i 30°C) w reakcji dwufazowej.

Produkcja

Kwas fluorowodorowy został po raz pierwszy przygotowany w 1771 roku przez Carla Wilhelma Scheele . Obecnie jest wytwarzana głównie przez obróbkę mineralną fluorytu , CaF 2 , za pomocą stężonego kwasu siarkowego w temperaturze około 265 ° C.

CaF 2 + H 2 SO 4 → 2 HF + CaSO 4

Kwas jest również produktem ubocznym produkcji kwasu fosforowego z apatytu i fluoroapatytu . W wyniku trawienia minerału kwasem siarkowym w podwyższonych temperaturach uwalniana jest mieszanina gazów, w tym fluorowodór, którą można odzyskać.

Ze względu na wysoką reaktywność w stosunku do szkła, kwas fluorowodorowy jest przechowywany w pojemnikach z fluorowanego tworzywa sztucznego (często PTFE ).

Kwas fluorowodorowy można znaleźć w naturze; jest uwalniany podczas erupcji wulkanicznych.

Nieruchomości

W rozcieńczonym roztworze wodnym fluorowodór zachowuje się jak słaby kwas. Spektroskopia w podczerwieni została wykorzystana do wykazania, że ​​w roztworze dysocjacji towarzyszy tworzenie pary jonowej H
3
O+
·F .

h
2
O
+ 2 HF ⇌ H + + F + H
3
O+
⋅F - s K = 3,17 

Ta para jonowa została scharakteryzowana w stanie krystalicznym w bardzo niskiej temperaturze. Scharakteryzowano dalsze asocjacje zarówno w roztworze, jak iw stanie stałym.

HF + F -HF
2
 log K = 0,6

Zakłada się, że polimeryzacja następuje wraz ze wzrostem stężenia. Założenie to potwierdza wyizolowanie soli tetramerycznego anionu H
3
F
4
oraz za pomocą niskotemperaturowej krystalografii rentgenowskiej. Nie wszystkie scharakteryzowano gatunki obecne w stężonych wodnych roztworach fluorowodoru; oprócz HF
2
co jest znane z tworzenia innych rodzajów polimerów, H
n- 1
F
n
, jest bardzo prawdopodobne.

Funkcja kwasowość Hammetta , H 0 , do 100% HF wynosiła od -10.2 i -11. co jest porównywalne z wartością -12 dla kwasu siarkowego .

Kwasowość

W przeciwieństwie do innych kwasów halogenowodorowych, takich jak kwas solny , fluorowodór jest tylko słabym kwasem w rozcieńczonym roztworze wodnym. Wynika to częściowo z siły wiązania wodorowo-fluorowego, ale także z innych czynników, takich jak tendencja HF, H
2
O
i F
aniony tworzące klastry. W wysokich stężeniach cząsteczki HF ulegają homoasocjacji, tworząc jony wieloatomowe (takie jak bifluorek , HF
2
) i protony , co znacznie zwiększa kwasowość. Prowadzi to do protonowania bardzo silnych kwasów, takich jak chlorowodorowy, siarkowy lub azotowy, gdy stosuje się stężone roztwory kwasu fluorowodorowego. Chociaż kwas fluorowodorowy jest uważany za słaby kwas, jest bardzo żrący, a po uwodnieniu atakuje nawet szkło.

Kwasowość roztworów kwasu fluorowodorowego zmienia się wraz ze stężeniem dzięki oddziaływaniom wiązań wodorowych jonu fluorkowego. Rozcieńczone roztwory są słabo kwaśne o stałej kwasowej jonizacji K a =6,6 x 10 -4 (lub P K  = 3,18 ), w przeciwieństwie do odpowiednich roztworów innych halogenków wodoru, które są mocne kwasy ( P K <0 ). Stężone roztwory fluorowodoru znacznie silniej kwaśny niż wynikałoby to wartość, na co wskazują pomiary funkcji kwasowość Hammetta H 0 (lub „skuteczna pH”). H 0 do 100% HF wynosiła od -10.2 i -11, porównywalne do wartości -12 do kwasu siarkowego .

Pod względem termodynamicznym roztwory HF są wysoce nieidealne , a aktywność HF wzrasta znacznie szybciej niż jego stężenie. Słaba kwasowość w rozcieńczonym roztworze jest czasami przypisywana wysokiej sile wiązania H-F , która w połączeniu z wysoką entalpią rozpuszczania HF przewyższa bardziej ujemną entalpię hydratacji jonu fluorkowego. Paul Giguère i Sylvia Turrell wykazali za pomocą spektroskopii w podczerwieni, że dominującą substancją rozpuszczoną w rozcieńczonym roztworze jest para jonów H z wiązaniami wodorowymi
3
O+
·F .

h
2
O
+ HF ⇌ H
3
O+
⋅F -

Wraz ze wzrostem stężenia HF wzrasta również stężenie jonu difluorowodorowego . Reakcja

3 HF ⇌ HF
2
+ H 2 F +

jest przykładem homokoniugacji .

Zdrowie i bezpieczeństwo

Oparzenie dłoni kwasem fluorowodorowym

Oprócz tego, że jest wysoce żrącą cieczą, kwas fluorowodorowy jest również silną trucizną kontaktową . Ze względu na zdolność kwasu fluorowodorowego do przenikania do tkanek, zatrucie może łatwo wystąpić przez kontakt ze skórą lub oczami, lub po inhalacji lub połknięciu. Objawy narażenia na kwas fluorowodorowy mogą nie być od razu widoczne, co może dawać ofiarom fałszywe poczucie otuchy, powodując, że opóźniają leczenie. Pomimo drażniącego zapachu, HF może osiągnąć niebezpieczny poziom bez wyraźnego zapachu. HF zakłóca funkcję nerwów, co oznacza, że ​​oparzenia mogą początkowo nie być bolesne. Przypadkowe narażenia mogą pozostać niezauważone, opóźniając leczenie i zwiększając zakres i powagę urazu. Objawy narażenia na HF obejmują podrażnienie oczu, skóry, nosa i gardła, oparzenia oczu i skóry, nieżyt nosa , zapalenie oskrzeli , obrzęk płuc (nagromadzenie płynu w płucach) i uszkodzenie kości.

Kultura popularna

W 4 odcinku serialu „Reakcja łańcuchowa” brytyjskiego dramatu medycznego Casualty , kolizja w ruchu drogowym skutkuje rozlaniem kwasu fluorowodorowego testującego zasoby wydziału i skutkującym śmiercią policjanta i poważnymi oparzeniami innych kierowców. Ten odcinek realistycznie przedstawia reakcję straży pożarnej na wyciek chemikaliów.

W odcinku 15 sezonu 2 stacji 19 , komendant straży pożarnej jest narażony na działanie kwasu fluorowodorowego podczas pożaru w kawiarni kawy w poprzednim odcinku. Po opóźnionej reakcji na objawy prowadzi to do ostatecznej śmierci.

W filmie Piła VI kwas fluorowodorowy jest używany do zabicia Williama Eastona. Dwa filmy później, w Jigsaw , Carly zostaje zabita przez kwas fluorowodorowy wstrzyknięty do jej krwioobiegu.

W odcinku Tytanów zatytułowanym „Jason Todd”, młody Dick Grayson twierdzi, że morderca jego rodziców użył kwasu fluorowodorowego do spalenia ich lin trapezowych.

Organy rozwiązujące

Trop wykorzystania HF do rozpuszczania ludzkich ciał jest powszechny, ale nierealistyczny. O ile to możliwe (przy wystarczającej ilości ciepła i czasu), duże masy organiczne lepiej rozpuszcza się w roztworze piranii .

  • W odcinku Breaking Bad zatytułowanym „ Cat's in the Bag... ”, Jesse Pinkman używa kwasu fluorowodorowego do rozpuszczenia ciała Emilio Koyamy. W innym odcinku, „ Box Cutter ”, Walter White i Jesse Pinkman używają kwasu fluorowodorowego do rozpuszczenia ciała Victora.
  • W trzech segmentach gry wideo Zero Time Dilemma zatytułowanych „First Come, First Saved” każda z trzech drużyn uczestników ma możliwość naciśnięcia przycisku, który aktywuje prysznic kwasu fluorowodorowego, który wylewa się na pozostałe dwie drużyny. Proces korozji kwasu jest zarówno opisywany, jak i przedstawiany jako wystarczająco szybki, aby stopić wszystko, od metalu i szkła po całe ciało sporego dorosłego mężczyzny w ciągu kilku sekund, pozostawiając tylko niewielkie ilości tkanki.
  • W sezonie 4, odcinku 20 ER , postać zostaje wystawiona na działanie dużej ilości kwasu fluorowodorowego. Spala mu skórę i ostatecznie go zabija.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne